Получаване на ел. ток от електретEлектретът се отнася към активните диелектрици и е способен дълго време след като е зареден в ел. поле, да съхранява електрическия си заряд. Ще говорим за начина на употр*ба на електрета, за получаване на електрически ток. Общоприетия начин на генериране на ел. ток от електрет може веднага да бъде намерен в интернет. На български език по въпроса е публикувана книга от Георги Мекишев. Главата, в която се разглежда въпроса се нарича "Електретни генератори и мотори". Схемата за електретен генератор е показана на Фиг. 10.27 и съдържа електрет, към който е прикрепен един електрод, а вторият електрод е подвижен. Наричат го "колекторен електрод". Ел. ток се снема чрез последователно приближаване и отдалечаване на колекторния електрод към електрета. Тази схема може да се намери във всички учебни материали и публикации в интернет. На английски език напоследък е много популярна темата 'Electret Energy Harvester', където движението на колекторния електрод се получава в резултат от човешка активност - например ходене.
Също така практически всички публикации на руски и български език представят електрета като "електричен аналог на постоянните магнити".
Обаче, за ползващите английски език в Wikipedia, електретът освен на магнит, е оприличен на кондензатор. Ще поставя само цитат, който може да се провери на адреса:
https://en.wikipedia.org/wiki/Electret"There is a similarity between an electret and the dielectric layer used in capacitors; the difference is that dielectrics in capacitors have an induced polarization that is only transient, dependent on the potential applied on the dielectric, while dielectrics with electret properties exhibit quasi-permanent charge storage or dipole polarization in addition."
Тук е интересен изразът "quasi-permanent", което трябва да значи почти непрекъснато.
Още малко светлина по въпроса може да се намери
на друга страница пак на английски език:
http://www.keelynet.com/electret.htm"QUESTION: Can the Electret effect be used to generate power directly?
ANSWER: The general concensus of the experts is no, but there are some new techniques that raise doubts about their certainty. One new technique is to mix ferrite granules into the dielectric when it is formed. A magnetic field applied at a right angle to the resulting electret's field has a dramatic effect in maximizing and recharging the electret effect."
Мисля, че вече няма съмнение, че става въпрос за кондензатор, който с определена скорост си възстановява заряда. Тези два цитата ме накараха да преровя целия интернет, за да намеря схема, в която кондензаторът (т.е. електретът), да се ползва през транзистор, а не да му размахват единия електрод. Също забелязах, че в теорията електретите ги делят на "едностранно метализирани" и "двустранно метализирани". Разбира се "двустранните" са пълноценни кондензатори, а "едностранните" са подготвени за подвижен електрод. Всички места, на които казват че се прилагат електрети са подходящи за едностранно метализирани електрети. Такива са - микрофон, говорител, клавиатура, сензорен датчик, слухов апарат и др.
Накрая попаднах на реална схема, която по много странен начин не е популяризирана и не е известна, въпреки че е много стара. Става въпрос за авторско свидетелство от Съветския Съюз от 1982г. на името на един мастит Съветски учен, който е работил за военната промишленост. Интернет е пълен с хвалебствия по негов адрес. През 2002г. е публикувал патент в Беларус на подобрен вариант на схемата, като там са написани и повече подробности за конкретните резултати. Като предназначение на устройството е посочено - космоса и средства за връзка (предполагам за военните, понеже ние ползваме батерийки на телефоните). Схемата се управлява със микро-електронен ключ, който на руски се нарича "геркон", а на английски - "reed switch". Оказа се, че в Съветския Съюз има един единствен завод за геркони, който е на военната промишленост. А въпросните геркони за разлика от транзисторите не се поддават на радио-електронни смущения и за това са предпочитани за честоти до 1 kHz.
Първият документ е взет от адрес:
http://www.findpatent.ru/patent/97/978329.htmlВтория документ от адрес:
http://bypatents.com/4-5549-ustrojjstvo-generirovaniya-toka-elektretom.htmlЩе поставя превод на документите на български език, защото на руски език може да има хора, които ще са затруднени да разберът за какво става въпрос. Оказва се, че големите държави отдавна ползват свободна енергия, но на обикновените хора са пропуснали да кажат за този факт.
Ето превода на първия документ:
Метод за генереране на ток от електрет и устрйство за неговото осъществяванеИзобретението се отнася към електрозахранването и може да бъде използвано в системи за управление, радиопредаване, системи за връзка и космическа апаратура за автономно захранване на микросхеми, полупроводникови и др. електронни прибори.
Известен е метода за генериране на променлив ток от електрет по пътя на изменението на електрическото поле на електрета, действащо на металическите електроди, посредством вкарване в промеждутъка между електрета и електрода на металически пластини. [1]
Обаче, генерирания по този метод ток във външната верига на електрета е незначителен (единици от микроампера), а системата за генереране на ток в полето на електрет е сложна.
Най-близък към изобретението се явява метода за генериране на ток от електрет посредством въздействане на външното електрическо поле на електрета и електрическия заряд на електродите му. Генерирането на ток във външната верига на електрета в споменатия метод се осъществява по пътя на изменяне на големината на електрическото поле, действащо на един от електродите, в следствие на изменение на растоянието между повърхността на електрета и този електрод.
Недостатък на посочения метод е малката величина на генерирания ток, съответстваща на микроампери, тъй като величината на индуцирания на подвижния електрод заряд се измерва по формулата:
SIG
i SIG
инд = ------------ (1)
El
-------
+ 1
L
Където SIG
i - плътност на повърхностния заряд на плоскостта на електрета съответстваща на подвижния електрод.
E - относителната диалектрическа проницаемост.
L,l - дебелината на електрета и големината на растоянието между електрода и повърхността на електрета.
Като се отчита възможното увреждане на конструкцията поради изкривяване на
повърхността на подвижния електрод, минималното растояние няма да бъде по малко от 1 мм, поради което е невъзможно да се индуцира на подвижния електрод максимално възмжния заряд, какъвто се индуцира на електрода при l --> 0, с отчитане на факта, че действащото на подвижния електрод поле на електрета намалява пропорционално на квадрата на растоянието до електрода.
Най-близко до предлаганото устройство за осъществяване на метод на генериране на ток от електрет чрез въздействане на външното електрическо поле на електрета и на
електрическия заряд на неговите електроди, съдържащо електрет с електроди и външна верига е [2]. Недостатък на това устройство представлява малката величина на генерирания ток.
Цел на изобретението – повишаване величината на генерирания ток
Поставената цел се достига с това, че по метода за генериране на ток от електрет по пътя на въздействане на външното електрическо поле на електрета и електрическия заряд на неговите електроди, външното електрическо поле на електрета се запазва неизменно, а електрическия заряд на електродите на електрета, който въздейства на полярния диелектрик, се изменя по периодичния закон.
Устройството за осъществяване на метода, съдържа електрет с електроди и външна токова верига, снабдено е с полярен диалектрик, който има твърдо свързани с него електроди, които са съединени при помоща на комутатор през външната токова верига с двата разнополярни електрода на електрета.
Посредствум електрическото поле на електрета се въздейства на електродите, нанесени на противоположните повърхности на електрета, върху който се индуцират максимални заряди, тъй като l --> 0. При това, на близките повърхности се индуцират разнополярни, а на противоположните повърхности – еднополярни на заряда на електрета свободни заряди. Появяването на електрически ток във външната, съединена с електродите верига,
произтича при запазване постоянно електрическото поле в следствие на неизменящото се l . по пътя на изменение на електрическия заряд на електродите по периодическия закон.
Този процес се осъществява по пътя на комутиране индуцираните на електродите
свободни заряда на външната електрическа верига. В момента на включване на комутатора протича в течение на , ток неутрализиращ свободните заряди в съответсвие с закона за електрическата индукция
dQ
инд SIG
инд J
H = -------- ~ ------------ (2)
dt
1 dt
1 При това, в следствие на l --> 0 индуцираните на електродите заряди са максимални, във външната токова верига за използвания тип електрет, тече максимален ток, изменящ се във времето по закона
dt
1 - --------
T
J
H = J
H(0)е (3)
където T - константното време за релаксация на външната токова верига;
J
H(0) - амплитуда на тока за неутрализиране, зависеща от параметрите на веригата
Отключването чрез комутатора на външната верига от електродите в течение на време dt
2 осигурява последващо индуциране на свободни заряди на външните повърхности на електродите на електрета, а също така и спадането до нула на тока във външната токова верига. При последващото подключване на електродите към външната верига, в нея тече нов токов импулс, имащ същата полярност като предишния, който също се базира на изменението на електрическите заряди на електродите от максималното значение до нула, т.е. базира се на неутрализация на свободните заряди на електродите.
При въздействане на електрическото поле на електрета, основано на свободните заряди на електродите на електрета, на релаксационно-поляризиращата се среда, например полярен диалектрик, той се поляризира и в него се появява електрически заряд
SIG
инд = dP ~ P
където P - вектор на поляризиране на полярния диалектрик.
В процеса на поляризиране на този диалектрик, в течение на времето на въздействие на него на електрическото поле на електрета - dt
1 тече ток
dP P
J
(+) = ------- ~ ----- (4)
dt
1 dt
1където P = E
0(E-1)E - вектор на поляризиране на полярния диалектрик.
При последващото отключване посредством комутатора на полярния диалектрик от
електродите на електрета за време dt
2 се предизвиква деполяризиране в диалектрика на сформирания в него електрически заряд и през него протича ток на деполяризиране
P
J
(-) = ------
dt
2притежаващ обратна полярност на тока на поляризация J
(+) .
Както показват резултатите от експеримента, полученото значение на тока ще
бъде максимално при условие dt
1 = dt
2 = T, където T - константното време за релаксация на полярния диалектрик.
При въздестването на електрическите заряди на електрета на полярния диалектрик по периодическия закон, във външната токова верига се получава променлив електрически ток. Доколкото в метода на прототипа, имащ въздушно растояние между електрета и подвижния електрод, максимално-индуцирания заряд на електродите е SIG
инд = E
0 E, а в предлагания метод при въздействане на електрическото поле на електрета на релаксационно-поляризуемата среда (полярен диалектрик) SIG
инд = E
n(e-1)E, то
отношението между токовете, генерирани по предлагания метод и прототипа при други равни условия представлява
J
1 E
0(E-1)E
-------- ~ ---------------- ~ E-1 (5)
J
2 E
0E
По такъв начин, в следствие на това, че в предлагания метод външното електрическо поле на електрета се запазва постоянно, тъй като не се променя растоянието между електрета и неговите електроди, което в крайна сметка се стреми към нула, а вместо неполярна диалектрическа среда (газ) се изполозва релаксационно-поляризираща се среда (полярен диалектрик), повече от порядък се увеличава електрическия ток, генериран по предлагания метод по сравнение с метода-прототип.
На чертежа е представено устройство за генериране на ток.
Устройството се състои от електрет (1) имащ два твърдо прикрепени към него разнополярни електрода (2), комутатор (3) с контактна група, външна токова верига (товар) (4), релаксационно-поляризиращата се среда, в качество на която се исползва твърдотелен полярен диалектрик (5) с твърдо съединени към него електроди (6).
Електретът (1) е изготвен от материал, имащ висок повърхностен заряд SIG
i , например, от полиметилметакрилат (известен с търговското наименование плексиглас) с напрежение на ел. поле E = 2*10
-4 B/см
2 . В качество на полярен диалектрик (5) се исползва титанит на стронция имащ e = 200 и стабилни електрически параметри. Металическите електроди (2) и (6) се нанасят съответно на електрета (1) и полярния диалектрик (5) от двете страни.
Размерите на електрета (1) и на полярния диалектрик (5) се определят от габаритите на устройството като цело, като се отчита, че с нарастване на площта както на електрета (1), така и на полярния диалектрик (5), пропорционално нараства индуцирания електрически заряд и съответно величината на генерирания ток. В качество на товар (4), се исползва индуктивност, например високочестотен трансформатор с феритна сърцевина.
Заземяването на единия от електродите (2) на електрета (1), свързан чрез външната верига (4) към един от електродите (6) на полярния диелектрик (5), осигурява подобряване в деполяризацията на натрупания в полярния диелектрик (5) разряд, а също така изключва появата на смущения.
Устройството работи по следния начин.
При затваряне на общия и разделящия контакт (както е на схемата) на контактната група на комутатора (3), в качество на който може да се исползва микромощно бързодействащо реле, полярния диялектрик (5), в следствие въздействието на индукционните заряди на електрическото поле, на твърдо свързаните с него електроди (6), причинени от зарядите на противоположните електроди (2) на електрета (1), се поляризира с указаната на схемата полярност с появяване на резултатен електрически момент P и ел. заряд SIG
инд . В товара (4) (първичната намотка на високочестотния трансформатор) в течение на времето на действие на електрическото поле на електрета (1) - t
1 ще протича ток
dSIG
инд P
J
(+) = ------------- ~ ----- ,
dt t
1 където P=E
0(E-1)E - вектор на поляризиране на полярния диалектрик (5).
При следващо затваряне на общия и съединяващия контакт на контактната група на комутатора (3) в течение на време t
2 протича деполяризиране на натрупания на полярния диалектрик (5) заряд SIG
инд през товара 4 - първичната намотка на високочестотния трансформатор.
При това през товара (4) при условие, че времето t
2 = t
1 протича в обратно направление ток на деполяризацията на заряда SIG
индJ
(-) , който е равен на J
(+) , т.е.
dSIG
инд P
J
(-) = ------------- ~ ------
dt t
2Периодичното включване с помощта на контактната група на комутатора (3) противополярните електроди (2) на електрета (1) към електродите (6) на полярния диялектрик (5), който е съединен с външна токова верига (4) (товар), и следващо след него включване на полярния диалектрик (5) посредством контактната група на комутатора (3) на външната токова верига (товар) - високочестотния трансформатор (4) осигурява протичането във външната токова верига (4) променлив ток.
Ф о р м у л а н а и з о б р е т е н и е т о
1. Начин за генериране на ток от електрет, чрез въздействане на външното електрическо поле на електрета и на електрическия заряд на неговите електроди, о т л и ч а в а щ се с това, че, с цел на повишаване на величината на генерирания ток, външното електрическо поле на електрета се запазва н е п р о м е н е н о, а електрическия заряд на електродите, с който въздействат на релаксационно-поляризиращата се среда, се изменят по периодическия закон.
2. Устройство за осъществяване на начина по точ. 1, съдържащо електрет с електроди и външна токова верига, което се о т л и ч а в а с това, че то е снабдено с полярен диалектрик, който има твърдо прикрепени към него електроди, които са съединени през комутатора и външната токова верига с двата разнополярни електрода на електрета.
Источници на информация, приети под внимание при експертизата:
1. Губкин А.Н. "Электреты" , 1978, с. 167
2. Там же, с. 96-97
==============================================================
Втория документ ще поставя по-късно, защото формулите се пишат много трудно.